胡波原子晶体

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1、2009级高二化学竞赛结构化学练习原子晶体（胡波题库）A组 12 60 30如图：晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个原子，试观察右边图形，回答：这个基本结构单元由 个硼原子组成，键角是 ，共含有 个BB键。 （1）原子 （2）Si3N4 （3）3SiCl42N26H2Si3N412HCl氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300反应获得。（1）氨化硅晶体属于 晶体；（填晶体类型）（2）已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子、Si原子

2、和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式 ；（3）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为 。B组 （1）4 4（2）a(KCl)a(NaCl)1.14 (KCl)(NaCl)0.853（3）8（4）3.54(g.cm3)（5）8 16 2 4（6）4 共价键 范德华力晶体的最小重复单位是晶胞，晶胞一般为平行六面体（立方晶格为立方体）。NaCl属立方面心晶格，在NaCl晶胞中8个顶点各有一个Na（顶点处的微粒为8个晶胞共有），6个面心处各有一个Na（面心处的微粒为两个晶胞共有），故我们说Na形成立方面心晶

3、格，而在该晶胞的12条棱的中点处各有一个Cl（棱心处的微粒为4个晶胞共有），在该立方晶胞的体心处还有一个Cl（立方体内的微粒为一个晶胞独有），故Cl也形成立方面心晶格。（1）按上述微粒数的计算规则，则一个NaCl晶胞中有_个Na，_个Cl。（2）KCl和NaCl的晶格型式相同。已知Na离子的半径是Cl离子的0.5倍，而又是K离子的0.7倍，计算：KCl晶胞和NaCl晶胞的边长之比；KCl和NaCl晶体的密度之比。（3）将NaCl晶胞中的所有Cl去掉，并将Na全部换成C原子，再在每两个不共面的“小立方体”中心处各放置一个C原子便构成了金刚石的一个晶胞，则一个金刚石的晶胞中有_个C原子。（4）计算

4、金刚石的密度。（已知C原子的半径为7.71011m）（5）白硅石SiO2属AB2型共价键晶体。若将金刚石晶胞中的所有C原子换成Si原子，同时在每两个相邻的Si原子（距离最近的两个Si原子)中心联线的中点处增添一个O原子，则构成SiO2晶胞，故SiO2晶胞中有_个Si原子，_个O原子，离O原子最近的Si原子有_个，离Si原子最近的O原子有_个。（6）干冰（固态CO2）属于分子晶体。若把每个CO2分子抽象为一个质点（微粒)，则其晶胞也属于立方面心晶格，故一个干冰晶胞中有_个CO2，在干冰分子中，原子之间靠_结合，CO2分子之间靠_结合。 （1）CaF2（萤石）（2）面心立方 AB2 CaC2 第一

5、问中的MX2是离子型晶体，Ca和CC2之间是离子键，但CC2中是以共价键结合，属于混合型晶体。（3）范德华力（层与层之间的距离大，结合力（范德华力）小，各层可以滑动）；离域键（离域键的电子能自由流动） (BN)n 大于 因为氮的电负性较大，键上的电子在很大程度上被定域在氮的周围，不能自由流动，故(BN)n不导电，是理想的电绝缘体。下面是有关晶体的系列题目（1）设想从CsCl晶格中除去一半Cs离子，使Cl周围成为四面体配位，这样得到的MX2是 （化学式）结构。（2）根据右图晶体结构，回答：写出该物质的晶胞类型 写出该物质的化学简式 （大球用A表示，小球用B表示）中学化学学过这样类型的物质，请举一

6、例写出其化学式，并说明其中键型和1中MX2相同吗？（3）石墨是层状结构，在石墨中具有三种不同的作用力，除了共价键，其中 可以解释始末的滑腻感， 可以解释导电、传热的性质；石墨的化学式可以写成(C2)n，看右图，根据石墨化学式形式写出它的等电子体白石墨的化学式 ； 正象石墨在高温高压下可转化成金刚石结构一样，白石墨在51069106kPa和15001800K下能转变为和ZnS相似的结构，称金刚硼，据测试其硬度 金刚石（大于，小于，等于）为什么石墨导电而白石墨不导电呢？ 2 2 231 2.24石墨的片层与层状结构如右图：其中CC键长为142pm，层间距离为340pm（1pm1012米）。试回答：

7、（1）片层中平均每个六圆环含碳原子数为 个；在层状结构中，平均每个六棱柱（如ABCDEFA1B2C3D4E5F6）含碳原子数 个。（2）在片层结构中，碳原子数、CC键数、六元环数之比为 。（3）有规则晶体密度的求算方法：取一部分晶体中的重复单位（如六棱柱ABCDEFA1B2C3D4E5F6），计算它们的质量和体积，其比值即为所求晶体的密度，用此法可求出石墨晶体的密度为 g/cm3（保留三位有效数字）。 （碳原子在小正方体不相邻的四个顶点上，硅原子在大正方体的十二条棱的中点上） 21 arcos (1/3) 4a/3 15/2NAa3SiC是原子晶体，其结构类似金刚石，为C、Si两原子依次相间排

8、列的正四面体型空间网状结构。如右图所示为两个中心重合，各面分别平行的大小两个正方体，其中心为一Si原子，试在小正方体的顶点上画出与该Si最近的C的位置，在大正方体的棱上画出与该Si最近的Si的位置。两大小正方体的边长之比为_；SiCSi的键角为_（用反三角函数表示）；若SiC键长为a cm，则大正方体边长为_cm；SiC晶体的密度为_g/cm3。 3.54g/cm3已知金刚石中CC键长为1.541010m，那么金刚石的密度为 。 （1）BBr3PBr33H2BP6HBr（2）BBr3：平面正三角形，PBr3：三角锥形（3）每个晶胞中有4个BP（4）晶胞体积V1.0921022cm3 4M/NA

9、V2.554g/cm3（5）207pm磷化硼（BP）是一种有价值的耐磨硬涂层材料，这种陶瓷材料可作为金属表面的保护薄膜。它是通过在高温氢气氛围下（750）三溴化硼和三溴化磷反应制得。BP按四面环绕的形式立方紧密堆积结构结晶，如右图所示。（1）写出生成磷化棚的反应方程式（2）画出三溴化硼和三溴化磷的空间结构式（3）给出基于磷化硼化学式的晶胞总组成（4）计算当晶胞晶格参数为478pm（即图中立方体的每条边长为478pm）时的磷化硼密度。（5）计算磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离 （1）（2）B原子：（0,0,0） （1/3，2/3，1/2）或（2/3，1/3，1/2） N原子：（0，0，1/2

10、） （1/3，2/3，0）或（2/3，1/3，0）（3）2.27g/cm3（4）dBN361.5156.5pm最简单的二元硼氮化合物可以通过下列反应合成：B2O3(l)2NH3(g)2BN(s)3H2O(g)反应产生的氮化硼的结构与石墨结构相类似，但上、下层平行，B、N原子相互交替（见图）。层内BN核间距为145pm，面间距为333pm。请回答下列问题：（1）试画出层状六方氮化硼的晶胞。（2）写出晶胞中各原子的原子坐标。（3）试计算层状六方氮化硼晶体的密度。（4）在高压（60kbar）、高温（2000）下，层状六方氮化硼晶体可转化为立方氮化硼，它与金刚石有类似结构。若立方氮化硼晶胞的边长为36

11、1.5pm，试计算立方氮化硼晶体中BN键的键长。 （1）原子 sp3 10928 椅 （2）（空隙长度等于碳、硅原子直径和） （3），一个碳原子周围是六个碳原子 132 空隙 相错 （4）12 2d/3 硅 （5）晶胞质量为4(12.0128.09)/NA g，晶胞体积为(1.170.77)1084/3cm3，密度为2.96 偏差：(2.963.217)/3.2177.94%（数据可以有偏离，但应给出负号） 密度偏小，说明实际晶胞体积比计算值小，即碳、硅原子间的距离应比两个半径小，实际上碳、硅原子间有共价键作用，而不能假设成相切（是相交）。 （6）38.3%41.7%（利用原子体积与晶胞体积之

12、比） 求下限：同5中求密度的方法，求得38.3%； 求上限：根据密度理论值求出晶胞体积，求得41.7%碳化硅（SiC）俗名“金刚砂”，有类似金刚石的结构和性质。其空间结构中碳硅原子相间排列，右图所示为碳化硅的晶胞（其中为碳原子，为硅原子）。已知：碳原子半径为7.71011m，硅原子半径为1.171010m，SiC晶体密度为3.217g/cm3）（1）SiC是 晶体，碳、硅原子杂化类型都是 ，键角都是 ，三个碳原子和三个硅原子相间构成一个 式（船、椅）六元环。（2）如右图所示碳化硅晶胞，从立方体对角线的视角观察，画出一维空间上碳、硅原子的分布规律（注意原子的比例大小和相对位置，至少画两个周期）（

13、3）从与对角线垂直的平面上观察一层碳原子的分布，请在二维平面是画出碳原子的分布规律（用表示，至少画15个原子，假设片层碳原子间分别相切）；计算二维空间上原子数、切点数和空隙数的比例关系 再考虑该片层结构的上下各与其相邻的两个碳原子片层。这两个碳原子的片层将投影在所画片层的 （原子、切点、空隙）上，且这两个片层的碳原子 （相对、相错）（4）如果我们以一个硅原子为中心考虑，设SiC晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距离为d，则与硅原子次近的第二层有 个原子，离中心原子的距离是 ，它们都是 原子。（5）如果我们假设碳、硅原子是刚性小球，在晶体中彼此相切，请根据碳、硅原子半径计算SiC的密度，再根据理论值计算偏差，并对产生偏差的原因作一合理解释。（6）估算SiC晶体的原子占据整个空间的百分数，只需给出一个在5%以内的区间。 MgB2 或 abc，c轴向上今年3月发现硼化镁在39K呈超导性，可能是人类对超导认识的新里程碑。在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，像维夫饼干，一层镁一层硼地相间，下图是该晶体微观空间中取出的部分原子沿C轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上